Optimización de la selección de mezcla de carbón para producción eficiente de coque

La mezcla de carbones es necesaria económicamente reduciendo porcentaje de carbones coquizables primarios/duros de alto coste y sustituyéndolos por carbones medios/blandos. En algunas plantas coque incluso pequeño porcentaje carbones no coquizables/vapor usados en mezcla.

Selección de carbón para inclusión en mezcla coquizable

Selección mezcla adecuada para hornos coque subproducto siempre gran reto para productor coque, ya mezcla debe cumplir:

• Requisitos trituración preparación carbón. Componentes no deben sobre-triturarse ni sub-triturarse. Carbón dimensionado para carga hornos debe cumplir densidad, fluidez, fracciones tamaño.
• Propiedades coquizables y de aglutinación (caking) necesarias para producir coque calidad cumpla requisitos coque AH. Tres requisitos básicos coque AH: (i) aportar calor reacciones endotérmicas AH, (ii) actuar agente reductor generando gases reducción, (iii) dar soporte permeable AH para burden férrico.
• Rendimiento empuje (pushing) seguro en hornos coque. No debe ejercer presión excesiva paredes horno durante coquización dañándolas.
• Cumplir requisitos rendimiento: coque AH y gas horno coque. Mezcla adecuada no produce exceso coque fino (nut coke) y brisa coque (coke breeze).
• Ser económica.

Vistos requisitos variados, decisiones mezclas no tomadas ad-hoc sino tras consideración cuidadosa. De hecho, mezcla debe diseñarse equilibrar requisitos competidores: rendimiento, alta calidad, eficiencia coste, manteniendo importancia vida batería.

Enfoque diseño mezcla carbón (Fig 1)

Con requisitos arriba, esfuerzos diseño mezcla enfocados en: (i) satisfacer propiedades físicas coque, (ii) satisfacer propiedades químicas coque, (iii) satisfacer rendimiento empuje horno coque, (iv) maximizar uso materiales carbónicos bajo valor (carbones blandos), (v) cumplir requisitos económicos, (vi) asegurar disponibilidad continua fracciones carbón evitar cambios frecuentes mezcla.

Fig 1 Requisitos diseño mezcla carbón

Pasos diseño mezcla carbón

Normalmente diseño mezcla serie pasos. También requeridos para cualquier adición carbón nuevo mezcla:

1. Estudiar calidad carbones inclusión mezcla según ficha técnica proveedor. Evaluar calidad uso mezcla. Determinar coste y disponibilidad largo plazo. Si parámetros preliminarmente satisfactorios, solicitar muestra 5 kg.
2. De muestra 5 kg, pruebas laboratorio determinan calidades carbón y verifican concordancia ficha técnica. Resultados deciden % carbón usable en mezcla. Evaluación económica preliminar. Si satisfactoria, ordenar cantidad suficiente para pruebas horno piloto.
3. Pruebas carbonización horno piloto normalmente: (i) 100% carbón nuevo, (ii) mezcla con % carbón nuevo planificado. Durante carbonización piloto: pruebas contracción y presión gas. Si exitosas, carbón usado % planificado mezcla para pruebas planta. Durante pruebas planta: monitorización estrecha todos parámetros.
4. Si pruebas planta exitosas, carbón adoptado uso regular mezcla.

Selección final también considera precio, requisitos planta preparación carbón, control calidad durante adquisición.

Propiedades carbón foco diseño mezcla

Diseño mezcla para propiedades físicas coque

Propiedades físicas coque importantes operación estable AH: (i) Índice reactividad coque (CRI), (ii) Resistencia coque tras reacción (CSR), (iii) Índice Micum.

• CRI: Mide capacidad coque resistir rotura T° ambiente; refleja comportamiento coque fuera AH y parte superior AH.
• CSR: Indica fuerza coque tras exposición atmósfera reductora AH. Mide potencial coque romperse tamaño menor bajo ambiente CO/CO₂ alta T° existente dos tercios inferiores AH.
• Índice Micum: Prueba tambor; indica fuerza coque T° ambiente. Valores mayores M40 (% coque retenido +40 mm orificio redondo 100 rev) y menores M10 (-10 mm 100 rev) indican coque mayor fuerza.

Análisis petrográfico carbón herramienta principal predecir fuerza coque. Propiedades importantes carbón predicción fuerza coque:

• Número hinchamiento crisólito (CSN): Rango carbones coquizables 3 mín - 6 máx. Carbones primarios coquizables CSN altos; blandos CSN bajos.
• Dilatación máxima: Valor mín 55%. Depende dilatación máxima componentes mezcla.
• Fluididad máxima: Valor mín 600 ddpm carbones coquizables. Mayor fluidez = mejor fluidez hornos coque.
• Tipo coque Gray-King: Valor mín G5 carbones coquizables. Carbones blandos límite G min.
• Reflectancia media máxima (MMR): Rango carbones coquizables 0,85-1,35%. Blandos MMR baja; duros MMR alta.
• Vitrinita: Valor mín 50% carbones coquizables. Blandos límite 45%.
• Distribución vitrinita (V9-V14): Valor mín 70% carbones coquizables.

Diseño mezcla para tamaño coque

Tamaño formado coque influido por cantidad componentes inertes mezcla. Al disminuir contenido inerte, tamaño coque disminuye. Tipo carbón influye tamaño coque. Tamaño coque también muy dependiente variables operación. Práctica normal: tamaño coque AH controlado principalmente por cribado.

Diseño mezcla para rendimiento coque y gas horno coque

Cantidad coque producida horno inversamente proporcional materia volátil carbón. Rango materia volátil importante producción coque alta fuerza. Materia volátil también influye rendimiento gas horno coque, parámetro importante balance gas planta siderúrgica.

Diseño mezcla para propiedades químicas coque

Con materias primas físicamente estables, control proceso AH logrado control propiedades químicas. Propiedades químicas coque más importantes: humedad, carbono fijo, ceniza, azufre, fósforo, álcalis. Mayormente dependen carbones usados. Ceniza coque, azufre, álcalis afectan CSR negativamente. Fósforo afecta CSR positivamente, pero indeseable (va completamente a arrabio). Para coque alta calidad alto rendimiento, deseable mezcla contenga bajos humedad, ceniza, azufre, álcalis, fósforo y alto carbono fijo. Temperatura fusión ceniza propiedad importante proceso coquización: debe ser > temperatura coquización.

Diseño mezcla para rendimiento empuje horno coque

Presión coquización máxima no exceder 0,14 kg/cm². Propiedades inherentes carbón: rango (rank) e contenido inerte primarios para presión coquización paredes. Rango relación directa presión coquización. Carbones bajo volátil ejercen presión coquización excesiva. Pero contribuyen alta fuerza coque y alto rendimiento coque.

Carbones rango similar pero alta inertinita producen menor presión. Carbones australianos bajo volátil generalmente producen baja presión pared, incluidos mezclas reducir presión coquización. Por dificultad medir presión coquización (pared) horno comercial, medidas presión pared y gas horno piloto correlacionadas con medidas presión gas hornos comerciales. Establecida correlación, medidas presión gas instalación comercial usadas monitorizar presión coquización. Presión gas aumenta con rango, disminuye con contenido inertinita.

Contracción carga carbón ocurre dos fases proceso coquización. Primera: formación capa plástica, depende propiedades carbón. Segunda: contracción semi-coque, depende condiciones operación. Valores fluididad máxima usados predecir primera fase contracción lateral. Contracción vertical depende parámetros operación: temperatura coquización, tasa calentamiento.

Diseño mezcla maximizar uso materiales carbónicos bajo valor

Para reducir costes operación manteniendo calidad coque, materiales carbónicos bajo valor añadidos cantidad variable mezclas. Carbones blandos, finos carbón, brisa coque, alquitrán carbón, coque petróleo, asfaltenos (residuos destilación), carbones no coquizables: efecto positivo calidad coque y operación coquización, si añadidos cantidad correcta y tipo mezcla adecuado. Prácticas resultan menor coste, mejor operación, conservación recursos.

Carbones oxidados (intemperizados) también materiales carbónicos bajo valor: oxidación generalmente reduce CSR, estabilidad, tamaño coque, rendimiento coque, empeora características expansión/presión pared. CSR más sensible oxidación carbón; magnitud caída CSR mayor carbones rango más bajo. Uso carbón oxidado minimizar.

Diseño mezcla cumplir requisitos económicos

Evaluación tecnológica mezcla complementada evaluación económica coste utilización coque producido. Carbón bajo coste/ton puede no ser económico considerando coque producido y uso AH integrado. Calidad carbón afecta adversamente rendimiento coque batería coque y consumo coque AH, además productividad AH. Diseño mezcla debe asegurar económico en punto uso, no solo aparente económico hornos coque. Mezcla produce coque mayor ahorro potencial coste AH normalmente adoptada implementación planta coque.

Diseño mezcla con aseguramiento disponibilidad continua carbón

Evitar cambios frecuentes mezcla: carbones no disponibles largo plazo, evitar considerar inclusión mezcla.

Procedimiento descrito explica necesidad equilibrio entre requisitos: rendimiento, alta calidad coque, vida batería, eficiencia coste, economía global, con aseguramiento suministro consistente carbones.